探索Socket编程：从UDP到TCP的全面指南

cong*2024-08-28 17:16

文章目录

    • [1. 什么是Socket？](#1. 什么是Socket？)
      • [1.1 Socket接口简介](#1.1 Socket接口简介)
    • [2. 基于Socket的TCP通信](#2. 基于Socket的TCP通信)
      • [2.1 TCP通信流程](#2.1 TCP通信流程)
      • [2.2 TCP编程实例](#2.2 TCP编程实例)
    • [3. 基于Socket的UDP通信](#3. 基于Socket的UDP通信)
      • [3.1 UDP通信流程](#3.1 UDP通信流程)
      • [3.2 UDP编程实例](#3.2 UDP编程实例)
    • 总结

在网络编程中， Socket 是一种强大的工具，它在应用层和传输层之间提供了一个抽象层，使得复杂的网络通信变得简单易用。本文将为基础小白介绍 UDP和TCP套接字编程 的基本概念、工作原理及实际应用，帮助大家更好地理解和应用这些技术。

1. 什么是Socket？

Socket 是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它将TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口，供应用层调用以实现进程在网络中的通信。Socket起源于UNIX，在Unix的"一切皆文件"哲学下，Socket是一种"打开---读/写---关闭"模式的实现，服务器和客户端各自维护一个"文件"，在建立连接后，可以向自己文件写入内容供对方读取，或读取对方内容，通信结束时关闭文件。

1.1 Socket接口简介

  • socket() ：创建Socket
  • bind() ：绑定Socket到本地地址和端口，通常由服务端调用
  • listen() ：TCP专用，开启监听模式
  • accept() ：TCP专用，服务器等待客户端连接，一般是阻塞态
  • connect() ：TCP专用，客户端主动连接服务器
  • send() ：TCP专用，发送数据
  • recv() ：TCP专用，接收数据
  • sendto() ：UDP专用，发送数据到指定的IP地址和端口
  • recvfrom() ：UDP专用，接收数据，返回数据远端的IP地址和端口
  • close() ：关闭Socket

2. 基于Socket的TCP通信

TCP（传输控制协议） 是一种面向连接的可靠传输协议，在数据传输之前需要建立连接，这个过程通常称为三次握手。TCP保证数据传输的可靠性，因此适用于需要高可靠性的场景。

2.1 TCP通信流程

服务端（被动连接，需要创建自己的地址信息）：

  1. 创建一个套接字 ：socket()
  2. 绑定IP地址、端口等信息到Socket上 ：bind()
  3. 监听套接字 ：listen()
  4. 等待客户端的连接请求 ：accept()
  5. 发送、接收数据 ：send()和recv()，或者read()和write()
  6. 关闭网络连接 ：close()

客户端：

  1. 创建一个套接字 ：socket()
  2. 连接服务器 ：connect()
  3. 接收、发送数据 ：send()和recv()，或者read()和write()
  4. 关闭网络连接 ：close()

2.2 TCP编程实例

服务端（service.c） ：

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main() {
    int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    serv_addr.sin_port = htons(1258);
    bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    listen(serv_sock, 20);
    struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
    int clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);
    char str[] = "Hello World!";
    write(clnt_sock, str, sizeof(str));
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);
    return 0;
}

客户端（client.c） ：

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

int main() {
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    serv_addr.sin_port = htons(1258);
    connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    char buffer[40];
    read(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    printf("Message from server: %s\n", buffer);
    close(sock);
    return 0;
}

利用python具体案例请点击------->》python课程设计作业-TCP客户端-服务端通信-CSDN博客

3. 基于Socket的UDP通信

UDP（用户数据报协议） 是一种无连接的传输协议，数据传输时不需要建立连接，直接发送数据到目标地址即可。UDP适用于实时性要求高的数据传输场景，例如视频直播、在线游戏等。

3.1 UDP通信流程

服务端：

  1. 建立套接字文件描述符 ：socket()
  2. 设置服务器IP地址和端口，初始化要绑定的网络地址结构
  3. 绑定IP地址、端口等信息 ：bind()
  4. 循环接收客户端的数据 ：recvfrom()
  5. 向客户端发送数据 ：sendto()
  6. 关闭套接字 ：close()

客户端：

  1. 建立套接字文件描述符 ：socket()
  2. 设置服务器IP地址和端口 ：struct sockaddr
  3. 向服务器发送数据 ：sendto()
  4. 接收服务器的数据 ：recvfrom()
  5. 关闭套接字 ：close()

3.2 UDP编程实例

服务端（service.c） ：

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#define SERV_PORT 3000

int main() {
    int sock_fd;
    int recv_num;
    int send_num;
    int client_len;
    char recv_buf[20];
    struct sockaddr_in addr_serv;
    struct sockaddr_in addr_client;
    sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sock_fd < 0) {
        perror("socket");
        exit(1);
    } else {
        printf("sock successful\n");
    }
    memset(&addr_serv, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
    addr_serv.sin_family = AF_INET;
    addr_serv.sin_port = htons(SERV_PORT);
    addr_serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  
    client_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    if (bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&addr_serv, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {
        perror("bind");
        exit(1);
    } else {
        printf("bind successful\n");
    }
    while (1) {
        printf("begin recv:\n");
        recv_num = recvfrom(sock_fd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0, (struct sockaddr *)&addr_client, &client_len);
        if (recv_num < 0) {
            printf("bad\n");
            perror("recvfrom");
            exit(1);
        } else {
            recv_buf[recv_num] = '\0';
            printf("recv successful:%s\n", recv_buf);
        }
        printf("begin send:\n");
        send_num = sendto(sock_fd, recv_buf, recv_num, 0, (struct sockaddr *)&addr_client, client_len);
        if (send_num < 0) {
            perror("sendto");
            exit(1);
        } else {
            printf("send successful\n");
        }
    }
    close(sock_fd);
    return 0;
}

客户端（client.c） ：

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

#define DEST_PORT 3000
#define DEST_IP_ADDRESS "192.168.1.103"

int main() {
    int sock_fd;
    int send_num;
    int recv_num;
    int dest_len;
    char send_buf[20] = {"hello tiger"};
    char recv_buf[20];
    struct sockaddr_in addr_serv;
    sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    memset(&addr_serv, 0, sizeof(addr_serv));
    addr_serv.sin_family = AF_INET;
    addr_serv.sin_addr.s_addr = inet_addr(DEST_IP_ADDRESS);
    addr_serv.sin_port = htons(DEST_PORT);
  
    dest_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    printf("begin send:\n");
    send_num = sendto(sock_fd, send_buf, sizeof(send_buf), 0, (struct sockaddr *)&addr_serv, dest_len);
    if (send_num < 0) {
        perror("sendto");
        exit(1);
    } else {
        printf("send successful:%s\n", send_buf);
    }
    recv_num = recvfrom(sock_fd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0, (struct sockaddr *)&addr_serv, &dest_len);
    if (recv_num < 0) {
        perror("recvfrom");
        exit(1);
    } else {
        printf("recv successful\n");
    }
    recv_buf[recv_num] = '\0';
    printf("the receive:%s\n", recv_buf);
    close(sock_fd);
    return 0;
}

总结

通过本文的介绍，我们学习了Socket编程 的基本概念和应用，包括TCP 和UDP 两种网络通信协议的编程方法。Socket作为网络编程的基础工具，使得复杂的网络通信变得更加简洁易用。希望通过本文的学习，大家能够更好地理解和应用Socket编程，为进一步的网络编程打下坚实的基础。

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